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                元宇宙 碳中和 区块链 快讯 正文
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                碳中和能源(如何利用化石能源推动碳达峰、碳中和)

                ◎高鹏

                2020年9月,中国宣布“2030实现碳达峰,碳中和2060”的目标。在今年的全国两会上,“碳达峰与碳中和”首次写入政府工作报告。这组词目前已成为热门词。“碳达峰”指二氧化碳排放量不再增加,达到峰值后再缓慢减少;“碳中和”是指通过森林固碳等技术手段,利用或储存人类活动产生的碳排放,使温室气体净增长为零,实现净零排放。那么,《碳达峰与碳中和》所针对的“碳”来自哪里呢?

                根据国际能源机构(IEA),化石能源消费是碳排放的主要来源。2019年,煤炭、石油、天然气和其他消费分别占总碳排放量的44%、34%、21%和1%。在各个行业中,电力、交通、工业、建筑等行业分别占总碳排放量的38%、24%、23%和9%。可以看出,人类活动产生的碳排放主要来自能源领域。

                能源推动了人类文明的进步,人类文明的进步也使能源不断发展。自从人类使用火种以来,人类使用的能源类型经历了从木柴到煤炭、从煤炭到石油和天然气的阶段,并将从石油和天然气转变为新能源。总体表现为“高碳能源(木柴、煤炭)-中碳能源(石油)-低碳能源(天然气)-无碳能源(新能源)”的发展趋势,最终实现“碳达峰,碳中和”。目前,人类文明的发展正处于以煤炭、石油和天然气为主要动力的化石能源阶段。

                煤炭是人类开始大规模使用的第一种化石能源。它在世界上分布广泛,储量巨大。而且开采成本和技术要求都很低,价格也很低。它以固体形式存在,易于保存。其缺点是燃烧值低,燃烧效率不高,燃烧过程中会产生大量废气和废渣,造成环境污染,固体能源运输不方便,在运输过程中也会产生污染。

                石油是人类文明发展现阶段最重要的化石能源。燃烧值高,燃烧效率高,燃烧过程中无废渣污染。由于它是液体,所以可以通过管道运输,这更方便。其缺点是分布和储量相对有限,勘探开发成本和技术要求高,价格昂贵,还会产生大量温室气体,对环境造成影响。

                天然气是最清洁的化石能源。作为一种气体能源,它与液体能源石油有许多相似之处,但在燃烧和释放相同能量时,它产生的碳排放量最少。同时,它含有的有害物质更少,更环保。因此,天然气是世界上最受推崇的化石能源。

                由于全球碳排放的来源仍然主要是化石能源的燃烧,根据不同化石能源的特点,为了在能源利用中实现碳中和,《巴黎协定》要求世界各国共同努力,加快煤炭从一次能源消费中退出,加快石油消费高峰,加快天然气消费比重。用于实际实施《巴黎协定》,尽快通过能源转型实现“碳达峰,碳中和”。目前,世界主要发达经济体减少了煤炭和石油的发电量,天然气在总发电量中的比例近30年来呈现快速增长趋势。

                原因《巴黎协定》世界主要发达经济体主要依靠天然气自身优势大力发展天然气。

                首先,当燃烧相同质量的不同化石燃料时,天然气可以释放更多的能量。化石能源燃烧产生的能量主要来自新化学键形成释放的能量与原化学键断裂吸收的能量之间的正差。这三种化石燃料燃烧释放的能量不同,是因为这三种燃料的主要成分不同:天然气的主要成分是小分子烷烃甲烷,石油的主要成分是大分子碳链烷烃、环烷烃和芳烃,煤的主要成分是有机物和无机物的复杂混合物。化学研究表明,在各种化石能源的主要成分中,相同质量的小分子碳氢化合物在完全燃烧时比大分子碳氢化合物产生更多的能量;甲烷燃烧过程中,键释放和断键吸收之间的能量差很大,产生的能量也更多。这主要是因为小分子碳氢化合物中碳氢键的比例相对较高。与大分子碳链中的碳-碳键相比,碳氢键更容易断裂,需要的能量更少。因此,当燃烧相同质量的煤、石油和天然气时,以小分子烷烃为主要成分的天然气比其他化石能源释放更多的能量。

                第二,虽然天然气燃烧释放更多能量,但产生的二氧化碳更少。根据这项研究,当天然气和煤炭燃烧释放相同的能量时,天然气产生的二氧化碳只有煤炭的一半。天然气的热值约为8300kcal/m3,标准煤的热值约为7000kcal/kg。当它们同时燃烧并释放10000千卡热量时,天然气产生约2.26千克二氧化碳,标准煤产生约5.14千克二氧化碳。因此,天然气因其高热值和低碳排放而被称为“低碳能源”。

                此外,天然气的化学成分相对单一,无杂质,燃烧产物为二氧化碳和水。虽然石油和煤炭的燃烧会产生碳排放,但也会产生氮氧化物和硫氧化物等污染物,这将对环境产生更多负面影响。

                因此,天然气以其比石油和煤炭更高效、低碳和清洁的优势,可能成为未来世界上唯一保持增长的化石能源。

                基于这种情况,国际石油公司进行了战略转型,目标是清洁低碳能源生产,增加天然气业务,提高天然气行业的盈利能力。其中,壳牌和英国石油是国际石油公司的先驱。两家公司都将天然气和其他低碳业务从传统的石油和天然气业务中分离出来,并成立了天然气和新能源部门,以寻求天然气和可再生能源在发电业务中的协同作用。道达尔还提出了“净零碳排放计划”,并继续扩大天然气业务。

                在此背景下,天然气作为最清洁的化石能源,已经进入快速发展阶段,成为化石能源向新能源过渡的桥梁,将在未来全球能源发展中发挥支柱作用。在过去的50年里,天然气已成为全球能源结构中增长最快的化石能源,其中页岩气、致密气和煤层气三种非常规天然气发挥了重要作用。页岩气等非常规天然气行业的突破,增加了它们在全球天然气产能中的贡献份额,显著增加了世界天然气总产量。特别是,美国的“页岩气革命”帮助美国成为天然气出口国,改变了全球能源供应格局。

                总的来说,天然气作为一种“低碳能源”,在热值、燃烧效率、碳排放和环境保护方面比其他化石能源具有更多的优势,具有巨大的资源潜力。它将在未来世界能源结构中发挥更重要的作用,是最现实、最容易获得的清洁能源。大力发展天然气将有助于早日实现全球“碳达峰”乃至“碳中和”。

                (作者:中国地质调查局油气资源调查中心)

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